DE3630328A1

DE3630328A1 - NICKEL IRON ALUMINUM ALLOY

Info

Publication number: DE3630328A1
Application number: DE19863630328
Authority: DE
Inventors: Chain Tsuan Liu
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-03-17
Anticipated expiration: 2006-09-06
Also published as: DE3630328C2; GB2194549A; GB8621082D0; GB2194549B; FR2603902B1; FR2603902A1; NL8602578A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Nickel-Eisenaluminidle gierungen, die eine hohe Festigkeit besitzen und die erwünschterweise eine Heißzugfähigkeit und Verarbeitbar keit aufweisen.The invention relates to nickel-iron aluminides alloys that have high strength and that Desirably hot tensile and processable show speed.

Geordnete intermetallische Legierungen, basierend auf Tri-Nickelaluminid (Ni₃Al) haben einzigartige Eigen schaften, die sie für Anwendungsfälle bei erhöhten Tempe raturen attraktiv machen. Diese Legierungen zeigen ein unübliches mechanisches Verhalten hinsichtlich der Er höhung der Fließ- oder Streckspannung bei ansteigender Temperatur, wohingegen bei konventionellen Legierungen die Streckspannung sich mit der Temperatur vermindert. Tri- Nickelaluminid ist der wichtigste die Festigkeit erhöhende Bestandteil von im Handel verfügbaren auf Nickel basie renden Superlegierungen und ist auch verantwortlich für deren hohe Temperaturfestigkeit und Kriechwiderstand. Die Haupteinschränkung hinsichtlich der Verwendung der artiger Nickelaluminide als Materialien auf dem Gebiet des Ingenieurwesens ist deren Tendenz, Sprödigkeitbrüche zu zeigen und eine niedrige Ziehfähigkeit aufzuweisen.Ordered intermetallic alloys based on Tri-nickel aluminide (Ni₃Al) have unique properties They are used for applications with increased temp Make fittings attractive. These alloys show one unusual mechanical behavior with regard to the Er increase in yield or yield stress with increasing Temperature, whereas with conventional alloys the yield stress decreases with temperature. Tri- Nickel aluminide is the main strength enhancer Part of commercially available nickel based superalloys and is also responsible for their high temperature resistance and creep resistance. The main limitation on using the like nickel aluminides as materials in the field of engineering is their tendency to break brittleness to show and have a low drawability.

Kürzlich wurden Legierungen dieser Art verbessert, und zwar durch die Zugabe von Eisen zur Erhöhung der Spannungs festigkeit, von Bor zur Erhöhung der Ziehfähigkeit und durch Zugabe von Titan, Mangan und Niob zur Verbesserung der Kaltverarbeitbarkeit. Es sei in diesem Zusammenhang auf die US-Patentanmeldung Ser. No. 5 19 941 vom 3. August 1983 hingewiesen, die "Ductile Aluminide Alloys for High Temperatur Applications" der Titel ist und deren Anmelder Liu und Koch sind. Eine weitere Verbesserung bei den auf Ni₃Al basierenden Legierungen erfolgte durch die Zugabe von Eisen und Bor aus den vorgenannten Gründen und ferner durch die Zugabe von Hafnium und Zirkon für eine erhöhte Festigkeit bei höheren Temperaturen. Vergleiche dazu die US-Patentanmeldung Ser. No. 5 64 108 vom 21. Dezember 1983 mit dem Titel "Ductile Aluminide Alloys for High Temperature Applications", der Anmelder Liu und Steigler.Alloys of this type have recently been improved, and by adding iron to increase the tension strength, from boron to increase the drawability and by adding titanium, manganese and niobium for improvement cold workability. It is in this context to U.S. Patent Application Ser. No. 5 19 941 of August 3 1983, the "Ductile Aluminide Alloys for High Temperatur Applications "is the title and its applicant Liu and Koch are. Another improvement on the on Ni₃Al based alloys were made by the addition of iron and boron for the reasons mentioned above and further by adding hafnium and zircon for an increased Strength at higher temperatures. Compare to that U.S. Patent Application Ser. No. 5 64 108 of December 21 1983 entitled "Ductile Aluminide Alloys for High Temperature Applications ", applicant Liu and Steigler.

Obwohl diese verbesserten Legierungen zahlreiche vorteil hafte Eigenschaften haben, so zeigen sie jedoch noch immer Nachteile, die deren Brauchbarkeit verschlechtern. Beispielsweise zeigen die genannten Nickelaluminid-Legierungen eine Verringerung der Ziehfähigkeit und der Bearbeit barkeit bei erhöhter Temperatur. Jedwede Verarbeitung der Legierungen in Gebilde mit gewünschten Formen durch Walzen oder Schmieden muß bei Temperaturen von weniger als 700°C erreicht werden. Derartige Legierungen hätten einen größeren Wert, wenn die Heißverarbeitbarkeit bei höheren Temperaturen bis zu ungefähr 1200°C erreicht werden könnte, da bei dieser Temperatur Erfahrung und Fähigkeiten in der industriellen Herstellung vorhanden sind. Andere Vorteile der Herstellung bei höheren Temperaturen sind die Vermin derung der Herstellungskosten und die Vermeidung der Not wendigkeit hinsichtlich Hochleistungsherstellungsaus rüstungen.Although these improved alloys have numerous advantages have adhesive properties, however, they still show always disadvantages that worsen their usability. For example, the nickel aluminide alloys mentioned a reduction in drawability and machining availability at elevated temperature. Any processing of the alloys in structures with the desired shapes Rolling or forging must be done at temperatures less than 700 ° C can be reached. Such alloys would have one greater value if the hot workability at higher Temperatures up to about 1200 ° C could be reached because at that temperature experience and skills in the industrial manufacturing are available. Other benefits the production at higher temperatures are the min reduction in manufacturing costs and avoidance of hardship Agility in high performance manufacturing armor.

Zusammenfassung der Erfindung. Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Lösung für die obige Problematik anzugeben und eine Nickel-Eisenaluminidlegierung vorzusehen, die bei Temperaturen von ungefähr 1200°C durch Heißwalzen oder Schmieden verarbeitbar ist. Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, eine bei hoher Temperatur verarbeitbare Nickel-Eisenaluminidlegierung anzugeben, die eine hohe Streckgrenze, gute Ziehfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweist. Ferner bezweckt die Erfindung eine Nickel-Eisen aluminidlegierung vorzusehen, welche die obigen Eigenschaften besitzt und mit relativ niedrigen Kosten herstellbar ist, und zwar unter Verwendung vorhandener Herstellungs techniken.Summary of the invention. The present invention has set itself the goal of finding a solution for the above Specify the problem and a nickel-iron aluminide alloy to be provided at temperatures of approximately 1200 ° C can be processed by hot rolling or forging. The Invention has also set itself the goal of a high Temperature processable nickel-iron aluminide alloy indicate the high yield strength, good drawability and resistance to oxidation at elevated temperatures having. The invention also aims at a nickel iron To provide aluminide alloy which has the above properties owns and can be produced at relatively low cost, using existing manufacturing techniques.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung er geben sich aus der folgenden Beschreibung. Um die genannten sowie weitere Ziele zu erreichen, sieht die Erfindung Legierungen vor, die auf der Ni₃Al-Legierung basieren, aber Zugaben anderer Elemente besitzen und ferner Varia tionen hinsichtlich der Proportionen, wie dies zum Erhalt der gewünschten Ziele erforderlich ist.Other objects, advantages and features of the invention he emerge from the following description. To the above The invention provides for the achievement of further goals Alloys based on the Ni₃Al alloy, but have additions of other elements and also varia proportions in terms of how to preserve this the desired goals is required.

Die zusätzlichen Elemente umfassen Eisen, Bor, eines oder mehrere Elemente der Gruppe IVb des Periodischen Systems, um die Hochtemperaturfestigkeit zu erhöhen; ferner eines oder mehrere Seltene Erdelemente zur Verbesserung der Heiß- oder Warmverarbeitbarkeit. Ferner werden Zugaben von Molybdän und Kohlenstoff verwendet, um den Oxidations widerstand zu verbessern bzw. den Widerstand gegenüber Rißbildung. Eisen ist in einer Menge von 14 bis 17 Gew.% vorhanden, und eine hinreichende Konzentration an Bor ist zur Erhöhung der Ziehfähigkeit vorgesehen. Die kombinierte Konzentration der Elemente der Gruppe IVb ist in einer Menge von weniger als 1 Gew.% vorhanden, und die Seltenen Erdelemente werden in Spurenmengen hinreichender Konzen trationen zugegeben, um die Heißverarbeitbarkeit bei Temperaturen größer als ungefähr 700°C zu erhöhen. Molybdän wird der Legierungszusammensetzung in einer zur Ver minderung der Oxidation angemessenen Menge zugegeben. Kohlen stoff wird in hinreichenden Mengen verwendet, um die Heißrißbildung zu unterdrücken, die sich durch die Zugabe von Molybdän ergibt. Der Rest der Legierung wird durch die Grund- oder Basis-Ni₃Al-Zusammensetzung gebildet.The additional elements include iron, boron, or one several elements of group IVb of the periodic table, to increase the high temperature strength; further one or several rare earth elements to improve the Hot or hot processability. Furthermore, encores of molybdenum and carbon used to carry out the oxidation to improve resistance or resistance to Cracking. Iron is in an amount of 14 to 17% by weight is present and there is a sufficient concentration of boron intended to increase the pullability. The combined Concentration of the elements of group IVb is in one Amount less than 1% by weight, and the rare ones Earth elements become sufficient concentrations in trace amounts trations added to the hot workability Increase temperatures greater than approximately 700 ° C. molybdenum is the alloy composition in a ver appropriate amount of oxidation reduction. Coals Sufficient amounts of the Suppress hot cracking caused by the addition of molybdenum. The rest of the alloy is made by the basic or basic Ni₃Al composition formed.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die zur Erhöhung der Ziehfähigkeit ausreichende Menge an Bor von 0,01 bis 0,03 Gew.%. Das bevorzugte Element der Gruppe IVb ist Hafnium, obwohl Zirkon, basierend auf begrenzten Ergebnissen ähnlich wirkt. Das bevorzugte Seltene Erdelement ist Cer, und die zur Erhöhung der Heißverarbeit barkeit auf eine Temperatur von ungefähr 1200°C ausrei chende Menge liegt im Bereich von ungefähr 0,002 bis 0,007 Gew.%, wobei die bevorzugte Menge ungefähr 0,005 Gew.% beträgt. Es wird angenommen, daß Yttrium, Thorium und Lanthan ähnlich wie Cer wirken würden.In the preferred embodiment, the Increasing the ductility of sufficient amount of boron 0.01 to 0.03% by weight. The preferred element of the group IVb is limited to hafnium, though zircon Results have a similar effect. The preferred rare The earth element is cerium, and is used to increase hot processing availability to a temperature of around 1200 ° C The amount is in the range of about 0.002 to 0.007% by weight, with the preferred amount being about 0.005 % By weight. It is believed that yttrium, thorium and lanthanum would look similar to cerium.

Ferner beträgt die erforderliche Molybdänmenge zur Ver besserung des Oxidationswiderstandes bis zu ungefähr 4 Gew.% und bis zu ungefähr 0,1 Gew.% Kohlenstoff sind vorhanden, um die Rißbildung während der Heißverarbeitung zu unterdrücken.Furthermore, the amount of molybdenum required for Ver improvement in oxidation resistance up to approximately 4 wt% and up to about 0.1 wt% carbon present to prevent cracking during hot processing to suppress.

Die Nickel-Eisenaluminide der Erfindung haben den Vorteil, daß sie kombinierte Eigenschaften hinsichtlich der Zieh fähigkeit, Heißverarbeitbarkeit, hoher Zugfestigkeit bis ungefähr 600°C und Oxidationsbeständigkeit aufweisen. Zudem haben diese Aluminide eine niedrige Dichte und ge ringe Kosten, verglichen mit im Handel verfügbaren Super legierungen auf Nickel-Basis.The nickel iron aluminides of the invention have the advantage that they have combined properties in terms of drawing ability, hot workability, high tensile strength up to about 600 ° C and oxidation resistance. In addition, these aluminides have a low density and ge low cost compared to super available on the market nickel-based alloys.

Im folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben.In the following the preferred embodiment of the Invention described in detail.

Legierungsbarren der Erfindung wurden durch Bogenschmelzen der richtigen Proportionen aus reinen Metallchips und Ni-4 Gew.% B und Ni-4 Gew.% Ce Hauptlegierungen hergestellt. Die Hauptlegierungen wurden für die genaue Kontrolle der Be- und Ce-Konzentrationen in den Legierungen verwendet. Die Legierungsbarren wurden durch Heißwalzen bei 1200°C mit drei Durchgängen mit einer 12% Reduktion pro Durchgang verarbeitet. Die Ziehfähigkeit und die Heißverarbeitbar keit dieser Nickel-Eisenaluminide sind empfindlich hin sichtlich der Eisenkonzentration, dem Eisen-Nickelver hältnis und den Zugaben Seltener Erdelemente, wie bei spielsweise Cer, zur Legierungszusammensetzung.Alloy bars of the invention were made by arc melting the right proportions of pure metal chips and Ni-4 wt.% B and Ni-4 wt.% Ce main alloys produced. The main alloys were used for precise control of the Be and Ce concentrations used in the alloys. The alloy ingots were hot rolled at 1200 ° C with three runs with a 12% reduction per run processed. Drawability and hot workable These nickel-iron aluminides are sensitive obviously the iron concentration, the iron-nickel ver ratio and the addition of rare earth elements, as with for example cerium, for alloy composition.

Tabelle I gibt eine Reihe von Nickel-Eisenaluminiden an, und zwar basierend auf einer mit IC-47 bezeichneten Le gierung mit der Zusammensetzung von 10,4 Gew.% Aluminium, 16,1 Gew.% Eisen, 0,05 Gew.% Bor und dem Rest Nickel. Diese Legierung wird mit Hf (oder Zr) und anderen Legie rungszugaben modifiziert, wie dies in Tabelle I angegeben ist, wobei diese modifizierten Legierungen unterschied liche IC-Nummern besitzen.Table I lists a number of nickel iron aluminides based on a Le labeled IC-47 alloy with the composition of 10.4% by weight aluminum, 16.1% by weight iron, 0.05% by weight boron and the rest nickel. This alloy is made with Hf (or Zr) and other alloy additions modified as indicated in Table I. , these modified alloys being different own IC numbers.

Tabelle I Table I

Hafnium oder Zirkon wird zugegeben, um die Hochtemperatur festigkeit der Legierung zu verbessern. Die Zugabe von Hafnium und Zirkon zur Legierungszusammensetzung muß jedoch auf weniger als 1 Gew.% (oder 0,5 Atm.%) begrenzt werden, da bei größeren Konzentrationen von Hafnium und Zirkon die Heißverarbeitbarkeit der Legierung verschlechtert wird. Überraschenderweise verbessert eine kleine Menge an Cer (0,002 bis 0,007 Gew.%) die Heißverarbeit barkeit der Nickel-Eisenaluminide beträchtlich. Die mit IC-159 bezeichnete Legierung, die 0,005 Gew.% Cer und 16,6 Gew.% Eisen enthält, hatte die beste Heiß- oder Warm verarbeitbarkeit mit keinen sichtbaren Rissen während des Warmwalzens bei 1200°C.Hafnium or zirconium is added to the high temperature improve the strength of the alloy. The addition of Hafnium and zircon to the alloy composition must however, limited to less than 1 wt% (or 0.5 atm%) because at higher concentrations of hafnium and Zircon deteriorates the hot workability of the alloy becomes. Surprisingly, a little improved Amount of cerium (0.002 to 0.007 wt%) the hot processing Availability of nickel-iron aluminides considerably. With IC-159 designated alloy, the 0.005 wt.% Cerium and 16.6% by weight iron had the best hot or warm workability with no visible cracks during the Hot rolling at 1200 ° C.

Eine weitere Reihe von Nickel-Eisenaluminiden, basierend auf der IC-47-Legierung wurde hergestellt und weiter mit den Zugaben von Hafnium, Cer, Molybdän und Kohlen stoff gemäß Tabelle II modifiziert. Wiederum sind die modifizierten Legierungen mit unterschiedlichen IC-Nummern versehen. Another series of nickel-iron aluminides based was made on the IC-47 alloy and on with the addition of hafnium, cerium, molybdenum and coal Modified according to Table II. Again they are modified alloys with different IC numbers Mistake.

Tabelle II Table II

Molybdän wurde der Legierungszusammensetzung zugegeben, um den Oxidationswiderstand zu verbessern. Bei einer Molybdän konzentration von 3,7 Gew.% war die Warmverarbeitbarkeit der Nickel-Eisenaluminide stark von einer kleinen Änderung der Legierungszusammensetzung abhängig. Bei Eisenkonzen trationen von weniger als ungefähr 14,5 Gew.% trat eine beträchtliche Rißbildung während der Heiß- oder Warmver arbeitung auf. Eine Kombination von 0,005 Gew.% Cer und 0,06 Gew.% Kohlenstoff zusammen mit Eisen bei 15,8 Gew.% unterdrückte die Rißbildung vollständig, was eine bevor zugte Legierung mit der durch IC-152 bezeichneten Zusammen setzung ergab. Der Eisengehalt in den Legierungen ist auf weniger als 17,5% begrenzt. Anderenfalls verlieren die Legierungen einen Teil ihrer Hochtemperaturfestigkeit. Molybdenum was added to the alloy composition to to improve the oxidation resistance. With a molybdenum The hot workability was a concentration of 3.7% by weight the nickel-iron aluminides greatly from a small change depending on the alloy composition. At iron companies trations of less than about 14.5% by weight occurred considerable cracking during hot or warm ver work on. A combination of 0.005 wt% cerium and 0.06% by weight of carbon together with iron at 15.8% by weight completely suppressed cracking, which was before alloy with the combination designated by IC-152 settlement resulted. The iron content in the alloys is limited to less than 17.5%. Otherwise lose the alloys have part of their high temperature strength.

Dies sind die Beispiele von zwei Nickel-Eisenaluminidlegierungen, die ohne weiteres durch Heißwalzen oder Schmieden bei 1200°C verarbeitet werden können. Vergleichsweise sei erwähnt, daß im Handel verfügbare Nickelaluminide nicht durch Heißwalzen oder Schmieden bei Temperaturen oberhalb 700°C verarbeitet werden können.These are the examples of two nickel-iron aluminide alloys, the easily by hot rolling or forging can be processed at 1200 ° C. Comparatively it should be mentioned that commercially available nickel aluminides not by hot rolling or forging at temperatures can be processed above 700 ° C.

Nach der metallographischen Untersuchung der zwei herge stellten Legierungen wurde eine signifikante Menge (ungefähr 20 bis 30 Vol.%) einer zweiten Phase, wahr scheinlich B2 (geordnete bcc-Phase ähnlich FeAl) fest gestellt, und zwar nach der Wasserabschreckung von 1200°C. Die Volumenfraktion der B2-Phase nimmt mit der Abnahme der Anlaßtemperatur ab und zeigt weniger als ungefähr 2% B2-Phase nach dem Anlassen über 16 Stunden bei 800°C hinweg. Der Vergleich der Mikrostruktur der Legierungen zeigt ferner, daß die Legierungsbildung mit Molybdän zusätzen die Bildung der ungeordneten Phase in den Nickel- Eisenaluminiden reduziert.After metallographic examination of the two herge alloys was made up a significant amount (about 20 to 30% by volume) of a second phase, true apparently B2 (ordered bcc phase similar to FeAl) after the water has been quenched at 1200 ° C. The volume fraction of the B2 phase decreases with the decrease the tempering temperature decreases and shows less than approximately 2% B2 phase after tempering over 16 hours at 800 ° C away. The comparison of the microstructure of the alloys also shows that alloying with molybdenum add the formation of the disordered phase in the nickel Iron aluminides reduced.

Die Zugeigenschaften der Nickel-Eisenaluminide gemäß den Tabellen I und II wurden bei Temperaturen von 1200°C an Blechproben ermittelt, und zwar mit einem Meßabschnitt von 12,7 mm × 0,8 mm bei einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 25 mm/min im Vakuum. Die Zugeigenschaften der mit IC-152 und IC-159 bezeichneten Legierungen wurden mit den Zugeigenschaften eines Nickelaluminids verglichen, welches die Zusammensetzung von 11,9 Gew.% Aluminium, 1,7 Gew.% Hafnium, 0,015 Gew.% Bor und dem Rest Nickel besaß und mit IC-136 bezeichnet wurde. Diese Vergleiche bei verschiedenen Temperaturen sind in Tabelle III an gegeben. The tensile properties of the nickel iron aluminides according to Tables I and II were at temperatures of 1200 ° C determined on sheet metal samples with a measuring section of 12.7 mm × 0.8 mm at a crosshead speed of 25 mm / min in vacuum. The tensile properties of the with Alloys designated IC-152 and IC-159 have been identified with compared to the tensile properties of a nickel aluminide, which has the composition of 11.9% by weight aluminum, 1.7% by weight hafnium, 0.015% by weight boron and the rest nickel owned and designated IC-136. These comparisons at various temperatures are listed in Table III given.

Tabelle III Table III

Wie in Tabelle III gezeigt, sind die Streckspannungswerte (yield strengths) der Nickel-Eisenaluminide der Erfindung höher als diejenigen des Nickelaluminids (IC-136) bei Raumtemperatur und 600°C. Diese Nickel-Eisenaluminide zeigen jedoch eine beträchtliche Verminderung der Festigkeit bei Temperaturen oberhalb ungefähr 600°C und werden in der Tat schwächer als das Nickelaluminid bei Temperaturen ober halb 850°C. Signifikanterweise haben jedoch die Nickel- Eisenaluminide der Erfindung eine wesentlich größere Zieh fähigkeit als das Nickelaluminid bei 1000°C und 1200°C, und beide Nickel-Eisenaluminidlegierungen zeigen super plastisches Verhalten mit Zugdehnungen, die bei 1200°C und 150% übersteigen. Die hohe Ziehfähigkeit der Nickel- Eisenaluminide ist konsistent mit deren ausgezeichneter Heißverarbeitbarkeit bei 1200°C.As shown in Table III, the yield stress values are (yield strengths) of the nickel iron aluminides of the invention higher than that of nickel aluminide (IC-136) Room temperature and 600 ° C. These show nickel iron aluminides however a significant decrease in strength at temperatures above about 600 ° C and are in the Indeed weaker than the nickel aluminide at temperatures above half 850 ° C. Significantly, however, the nickel Iron aluminides of the invention have a much larger draw ability as the nickel aluminide at 1000 ° C and 1200 ° C, and both nickel-iron aluminide alloys show great plastic behavior with tensile strains at 1200 ° C and exceed 150%. The high drawability of the nickel Iron aluminides are consistent with their excellent ones Hot workability at 1200 ° C.

Die Kriecheigenschaften des Nickel-Eisenaluminids IC-159 wurden bestimmt bei 760°C und 138 und 276 MPa. Die be schränkten Ergebnisse in der untenstehenden Tabelle IV zeigen, daß die Kriechbruchlebensdauer der Nickel-Eisenaluminide beträchtlich kürzer ist als der Nickelaluminide, aber etwas besser als die Werte von Hastelloy X. Hastelloy X ist ein Warenzeichen der Firma Cabott Corporation, Kokomo, Indiana, USA. Die genannte Legierung ist unter diesem Handels namen erhältlich.The creep properties of the nickel-iron aluminide IC-159 were determined at 760 ° C and 138 and 276 MPa. The be limited results in Table IV below show that the creep rupture life of the nickel iron aluminides is considerably shorter than the nickel aluminide, but slightly better than Hastelloy X's values. Hastelloy X is a trademark of Cabott Corporation, Kokomo, Indiana, United States. The alloy mentioned is under this trade names available.

Tabelle IV Table IV

Gußteile (Couponds) aus Nickel-Eisenaluminiden wurden in einem Ofen 1 Stunde lang bei 1050°C rekristallisiert und dann luftausgesetzt, um den Oxidationswiderstand zu be stimmen. Die Gußstücke wurden periodisch (alle 1 bis 3 Tage) aus dem Ofen entfernt und visuell untersucht, wobei auch Gewichtsmessungen vorgenommen wurden. Die Gußstücke zeigten während der cyclischen Oxidation bei 800°C und 1000°C einen konsistenten Gewichtsgewinn. Die Oxidations raten oder -geschwindigkeiten der Nickel-Eisenaluminide, die Molybdän enthielten, waren vergleichbar bei 800°C und 1000°C, wohingegen die Oxidationsgeschwindigkeiten der kein Molybdän enthaltenden Nickel-Eisenaluminide bei 1000°C niedriger waren als bei 800°C. Diese niedrigere Geschwindigkeit oder Rate legt nahe, daß Aluminiumatome schnell vom Inneren zur Oberfläche bei 1000°C difundieren, und zwar zu einer Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche, die das Grund- oder Basismetall gegenüber weiterer Oxida tion schützt. Die Nickel-Eisenaluminide zeigten einen Oxidationswiderstand, der mit dem der Nickelaluminide bei 1000°C vergleichbar waren.Castings (coupons) made of nickel-iron aluminides were in recrystallized in an oven at 1050 ° C for 1 hour and then exposed to air to resist oxidation vote. The castings were periodically (every 1 to 3 Days) removed from the oven and visually inspected, being weight measurements were also made. The castings showed during the cyclic oxidation at 800 ° C and 1000 ° C a consistent weight gain. The oxidation rates or speeds of nickel-iron aluminides, that contained molybdenum were comparable at 800 ° C and 1000 ° C, whereas the oxidation rates the nickel-iron aluminides containing no molybdenum 1000 ° C were lower than at 800 ° C. This lower one Speed or rate suggests that aluminum atoms diffuse quickly from the inside to the surface at 1000 ° C, namely an aluminum oxide layer on the surface, which is the base or base metal over other oxides tion protects. The nickel iron aluminides showed one Oxidation resistance, which with that of the nickel aluminides 1000 ° C were comparable.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäßen Nickel-Eisenaluminide kombinierte Vorteile hinsichtlich Ziehfähigkeit, Heißverarbeitbarkeit, Festigkeit und Oxidationswiderstand besitzen. Zudem haben die erfindungsgemäßen Nickel-Eisen aluminide den Vorteil niedriger Dichte und geringer Ko sten, verglichen mit im Handel verfügbaren auf Nickel basierenden Superlegierungen. Die Dichte der Aluminide ist um 10 bis 15% niedriger als die der auf Nickel ba sierenden Superlegierung. Ein kritischer Faktor bezüglich des Unterschieds der Erfindung gegenüber früheren Arbeiten besteht in einer Erhöhung der Nickelkonzentration, begleitet von der Anwesenheit von Hafnium und Bor. Die Zugabe kleiner Mengen anderer Elemente, wie beispielsweise Cer, Molybdän und Kohlenstoff ergibt eine Legierung mit stark verbesserten Verarbeitungseigenschaften bei hohen Temperaturen.It can be seen that the nickel-iron aluminides according to the invention combined advantages in terms of drawability, Hot workability, strength and oxidation resistance have. In addition, the nickel iron according to the invention aluminide the advantage of low density and low Ko most compared to those commercially available on nickel based superalloys. The density of the aluminides is 10 to 15% lower than that on nickel ba based superalloy. A critical factor regarding the difference of the invention from previous work consists of an increase in the nickel concentration, accompanied by the presence of hafnium and boron. The addition small amounts of other elements, such as Cerium, molybdenum and carbon form an alloy with greatly improved processing properties at high Temperatures.

Abwandlungen und Änderungen sind im Rahmen der obigen Lehre möglich. Modifications and changes are within the scope of the above Teaching possible.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:In summary, the invention provides the following:

Nickel-Eisenaluminide werden beschrieben, die auf Ni₃Al basieren und einen signifikanten Eisengehalt haben, wobei Zugaben aus Hafnium, Bor, Kohlenstoff und Cer vorgesehen werden, was Legierungen auf Ni₃Al-Basis ergibt, die bei höheren Temperaturen verarbeitet werden können als dies für ähnliche bislang entwickelte Legierungen gilt. Ferner verbessert die Zugabe von Molybdän den Widerstand gegen über Oxidation und Rißbildung. Die Legierungen haben vor teilhafte Ziehfähigkeit, Heißverarbeitbarkeit, Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit.Nickel-iron aluminides are described which are based on Ni₃Al based and have a significant iron content, whereby Additions of hafnium, boron, carbon and cerium are provided are what gives alloys based on Ni₃Al, which at higher temperatures can be processed than this applies to similar alloys developed to date. Further the addition of molybdenum improves resistance to about oxidation and cracking. The alloys are up to partial drawability, hot workability, strength and oxidation resistance.

Claims

1. A nickel-iron aluminide which essentially consists of the following:
a Ni₃Al base;
a sufficient concentration of a Group IVb element or mixtures thereof to increase the temperature resistance;
a sufficient concentration of iron and a rare earth element or mixtures thereof to increase the hot or hot producibility; and
a sufficient concentration of boron to increase the ductility.

2. Nickel-iron aluminide according to claim 1, characterized ge indicates that the concentration of iron in the Range is from 14.5 to 17.5% by weight.

3. nickel-iron aluminide according to claim 2, characterized ge indicates that a sufficient amount of molybdenum is present to reduce oxidation of the To effect nickel-iron aluminide and further there is a sufficient amount of carbon is to cracking due to the addition of Mo reduce lybdenum.

4. nickel-iron aluminide according to claim 2, wherein the Element of group IVb, from the hafnium, zircon and Mixtures containing group is selected and present in an amount less than 1% by weight is.

5. nickel-iron aluminide according to claim 2, characterized ge indicates that the rare earth element is cerium and in an amount of not more than 0.01% by weight is there.

6. nickel-iron aluminide according to claim 2, characterized ge indicates boron in an amount of 0.01 to 0.05% by weight is present.

7. nickel-iron aluminide according to claim 2, characterized ge indicates that the composition is 10.2% by weight Aluminum, 16.6% by weight iron, 0.9% by weight hafnium, 0.015% by weight boron, 0.005% by weight cerium and the rest Contains nickel.

8. nickel-iron aluminide according to claim 3, characterized ge indicates that molybdenum in an amount of not more than 4% by weight is present and that the coals substance in an amount of not more than 0.01% by weight is available.

9. nickel-iron aluminide according to claim 3, characterized ge indicates that the composition is as follows contains: 10.0% by weight aluminum, 15.8% by weight iron, 0.9% by weight hafnium, 3.7% by weight molybdenum, 0.015% by weight Boron, 0.005% by weight cerium, 0.06% by weight carbon and the rest nickel.